在一項有助于量子計算的研究中，研究人員表明嵌入納米點的超晶格可能不會向環(huán)境中耗散能量。 世界各地的科學(xué)家們正在為量子計算機(jī)開發(fā)新的硬件，這種新型設(shè)備可以加速藥物設(shè)計、金融建模和天氣預(yù)測。這些計算機(jī)依賴于量子比特(qubits)，即可以同時代表 1 和 0 的某種組合的物質(zhì)比特。

問題是，量子比特是變化無常的，當(dāng)與周圍物質(zhì)相互作用時，會退化成普通比特。但麻省理工學(xué)院的新研究提出了一種保護(hù)其狀態(tài)的方法，使用一種叫做多體定位(MBL)的現(xiàn)象。

MBL 是幾十年前提出的物質(zhì)的一個特殊階段，它與固體或液體不同。通常情況下，物質(zhì)會與它的環(huán)境達(dá)到熱平衡。這就是為什么湯會冷卻，冰塊會融化。但在 MBL 中，由許多強(qiáng)相互作用的物體組成，如原子，永遠(yuǎn)不會達(dá)到這種平衡。

熱，像聲音一樣，由集體的原子振動組成，可以以波的形式傳播;一個物體內(nèi)部總是有這樣的熱波。但是當(dāng)它的原子排列方式有足夠的無序和足夠的相互作用時，這些波就會被困住，從而使物體無法達(dá)到平衡。

MBL已經(jīng)在"光學(xué)晶格"中得到了證明，即在非常低的溫度下用激光固定的原子排列。但這種設(shè)置是不切實際的。MBL也可以說是在固體系統(tǒng)中展示的，但只是在非常緩慢的時間動態(tài)中，在這種情況下，相的存在很難被證明，因為如果研究人員能夠等待足夠長的時間，就可能達(dá)到平衡。麻省理工學(xué)院的研究在一個由半導(dǎo)體構(gòu)成的“solid-state”系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了 MLB 的跡象，該系統(tǒng)在被觀察的時間內(nèi)就會達(dá)到平衡狀態(tài)。

雖然沒有參與到本項工作中，但是科羅拉多大學(xué)博爾德分校的物理學(xué)家 Rahul Nandkishore 說：“這可能為量子動力學(xué)的研究開啟一個新的篇章”。

麻省理工學(xué)院Norman C Rasmussen核科學(xué)與工程助理教授Mingda Li領(lǐng)導(dǎo)了這項新研究，發(fā)表在最近一期的《納米通訊》上。研究人員建立了一個包含交替半導(dǎo)體層的系統(tǒng)，創(chuàng)造了一個微觀的千層餅--砷化鋁，然后是砷化鎵，以此類推，共有600層，每層厚度為 3 納米(百萬分之一毫米)厚。

在這些層之間，他們分散了"納米點"，即 2 納米的砷化鉺顆粒，以創(chuàng)造 disorder。千層餅或"超晶格"有三種配方：一種沒有納米點，一種是納米點覆蓋每層面積的8%，還有一種是納米點覆蓋25%。

為了測量這些無序系統(tǒng)是否仍然保持平衡，研究人員用X射線對其進(jìn)行了測量。利用阿貢國家實驗室的高級光子源，他們以超過2萬電子伏特的能量射出輻射束，并以小于千分之一電子伏特的能量分辨率來解決傳入的X射線和其從樣品表面反射后的能量差異。為了避免穿透超晶格并擊中底層基質(zhì)，他們以與平行線僅半度的角度進(jìn)行拍攝。

關(guān)鍵詞： 半導(dǎo)體 量子計算 物質(zhì)狀態(tài) 耗散能量